4.2. Основные параметры преобразователей частоты
Основные качественные показатели ПЧ:
- коэффициент преобразования
(5)
где
- комплексная
амплитуда сигнала на входе преобразователя
(на частоте принимаемого сигнала);
- комплексная
амплитуда сигнала на выходе преобразователя
(на промежуточной частоте);
- входное сопротивление преобразователя
(6)
где
комплексная
амплитуда входного тока
преобразовательногоэлемента на частоте
принимаемого сигнала
- выходное сопротивление
(7)
где
-
комплексная амплитуда выходного тока
преобразовательного элемента на
промежуточной частоте;
количество и интенсивность побочных каналов приема,
уровень паразитного излучения гетеродина,
уровень собственных шумов преобразователя.
4.3. Y-параметры активного элемента в режиме преобразования
Как известно, активные элементы (АЭ) радиотехнических устройств при малом уровне входного гармонического сигнала могут быть описаны системой линейных уравнений:
(8)
где
-
комплексные амплитуды сигналов на входе
и выходе активного элемента;
комплексные
амплитуды входного и выходного тока
АЭ;
- Y
параметры активного элемента.
Если на рассматриваемом АЭ собран усилитель, то Y-параметры постоянны и определяются видом элемента и режимом его работы по постоянному току. При подаче напряжения гетеродина на АЭ все его Y - параметры периодически изменяются во времени. Это приводит к тому, что в составе входных и выходных токов активного элемента появляются гармонические составляющие с частотами
(9)
где n = 0, 1, 2, 3...;
- частота
входного сигнала;
- частота напряжения гетеродина.
В преобразователе
частоты при малом уровне входного
сигнала АЭ может быть охарактеризован
Y-параметрами,
называемыми
Y-параметрами
активного элемента в преобразовательном
режиме, которые обозначаются как
принимают
значения 1 и 2).
позволяют выразить гармоническую
составляющую входного тока АЭ на частоте
принимаемого сигнала
и гармоническую составляющую выходного
тока на промежуточной частоте
через
напряжения сигналов на входе и на выходе
АЭ
(10)
где 
- Y
- параметры АЭ в преобразовательном
режиме;
- комплексная амплитуда входного
напряжения АЭ на частоте
- комплексная
амплитуда выходного напряжения на
частоте
.
Такой выбор
токов и напряжений объясняется тем, что
в эквивалентной схеме преобразователя
к входу АЭ подсоединяется контур,
настроенный на частоту входного сигнала,
а к выходу ЛЭ - контур, настроенный на
промежуточную частоту.
Найдем
при следующих допущениях: во-первых,
будем полагать, что АЭ безинерционен,
и, во-вторых, преобразователь работает
в режиме простого преобразования. В
соответствии с первым допущением
реактивными составляющими Y-параметров
транзистора можно пренебречь и,
следовательно, параметрическое
преобразование входного сигнала
отсутствует. К таким преобразованиям
можно отнести преобразователи на
транзисторах, диодах и микросхемах.
Второе допущение полагает, что частота преобразованного сигнала определяется как
(11)
(нижняя настройка
гетеродина, при которой
)
(12)
(верхняя настройка
гетеродина,
Для оценки закоротим выходные клеммы (2 - 2') активного элемента, а к его входу подадим напряжение
(13)
в соответствии с рис. 2.
Рис. 2. К определению Y-параметров преобразователя
В этом режиме
.
Представляя
(14)
запишем выходной ток активного элемента в соответствии с формулой (8) в виде
(15)
Отсюда составляющая выходного тока на частоте
,
при
или (16)
,
при
где
- амплитуда первой гармоники крутизны
АЭ;
- начальная фаза
входного сигнала. Для комплексных
амплитуд токов и напряжений выражения
(16) записываются как
, при
(16')
при
где - величина комплексного сопряжения с .
Из выражения (16’) следует, что крутизна АЭ в режиме преобразования равна половине амплитуды первой гармоники крутизны активного элемента.
Для оценки
закоротим входные
клеммы (1 – 1’) активного элемента, а к
его выходу подадим напряжение
(17)
в соответствии с рисунком 1.2. Записывая
(18)
представим выходные токи АЭ в виде
(19)
Тогда составляющая выходного тока на частоте
(20)
где
-
постоянная составляющая выходной
проводимости АЭ.
Для комплексных амплитуд токов и напряжений выражение (20) записывается как
(20')
Таким образом, выходная проводимость активного элемента и режиме преобразования представляет собой постоянную составляющую выходной проводимости AЭ.
С учетом найденных
значений
и
выходной
ток активного элемента преобразователя
представляется
при
и (21)
при
Проводя аналогичные рассуждения, нетрудно показать, что входной ток АЭ преобразователя может быть записан как
при
(22)
при
где
- постоянная
составляющая входной проводимости
активного элемента.
- амплитуда
первой гармоники проходной проводимости
(крутизны обратного преобразования)
активного элемента.
Откуда следует:
входная проводимость АЭ в режиме преобразователя равна постоянной составляющей входной проводимости АЭ;
проходная проводимость АЭ в режиме преобразователя равна половине первой гармоники проходной проводимости АЭ.
Зачастую приходится оценивать коэффициент передачи преобразователя, когда на его вход поступает сигнал на промежуточной частоте. Такой сигнал является помехой радиоприему и называется сигналом прямого прохождения. Для этого сигнала преобразователь является усилителем. Методика оценки параметров активного элемента преобразователя в усилительном режиме аналогична методике вычисления параметров АЭ в режиме преобразования. При этом следует помнить, что выходной сигнал следует представлять в виде
(23)
Из рассмотрения
работы преобразователя в усилительном
режим следует, что крутизна AЭ
преобразователя в усилительном режиме
равна постоянной составляющей крутизны
характеристики этого элемента
,
а входная и выходная проводимости -
постоянные составляющие соответственно
входной и выходной проводимости АЭ